KR100873722B1 - Multi tunnel integrated control system and method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다수 개의 터널로 구성되는 다중 터널을 하나의 메인서버에서 통합적으로 관리하는 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세히는 다수 개의 터널로 이루어지는 다중 터널의 통합관리를 수행하는 메인서버(100), 상기 메인서버(100)와 온라인으로 연결되며 다수 개의 터널 각각에 설치되어 각 개별 터널의 관리를 수행하는 개별터널관리서버(200), 상기 개별터널관리서버(200)와 유무선 통신이 가능하도록 연결되어 제어기능을 수행하는 현장제어반(300), 및 상기 현장제어반(300)의 제어신호에 따라 작동하고 작동 결과를 상기 현장제어반(300)으로 송신하는 현장설비반(400)으로 구성되고, 메인서버(100)에 내장된 프로그램에 의하여 각 개별 터널의 통합적 관리가 가능한 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a system for integrally managing a multi-tunnel consisting of a plurality of tunnels in one main server, and more specifically, the
기존의 터널 관리 시스템이나 방법은 각각의 터널을 개별적으로 제어하는 것에 국한되었다.Existing tunnel management systems or methods have been limited to controlling each tunnel individually.
다시 말하면 각 터널 별로 현장설비반에 설치된 각종 센서를 이용하여 데이터를 수집하고, 각 터널의 개별 관리서버나 현장제어반에서 수집된 데이터에 근거하여 환기 등 기타 필요한 제어를 수행하는 방식으로 이루어졌다.In other words, the data was collected by using various sensors installed in the field facility board for each tunnel, and other necessary control such as ventilation was performed based on the data collected from the individual management server or the site control panel of each tunnel.
따라서, 특정 지역에 다수 개의 터널이 존재하는 경우에도 각 터널 별로 개별적인 제어를 위한 프로그램(알고리즘)이 개별 관리서버의 PC나 현장제어반의 PLC(Programmable Logic Controller)마다 설치되어야 하고, 관리서버의 PC와 현장제어반의 PLC에 기능이 분산되어 체계적 관리가 미흡하고 일부 기능이 중복되어 시스템 부하의 원인이 되고 있으며, 시스템의 개선 및 변경, 확장시에 과도한 비용이 소요되는 문제점이 있다.Therefore, even if there are multiple tunnels in a specific area, a program (algorithm) for individual control should be installed for each individual management server's PC or a PLC (Programmable Logic Controller) of the field control panel. Functions are distributed to PLC of field control panel, so systematic management is insufficient and some functions are overlapped, causing system load, and there is a problem that excessive cost is required for improvement, change and expansion of system.
또한 PLC 부분에 제어를 수행하기 위한 주된 기능이 집중되어 해당 시공업체에 기술적으로 종속된다는 문제점이 있다.In addition, there is a problem that the main function for performing control in the PLC portion is concentrated and technically dependent on the construction company.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명은 각 터널의 개별 관리서버의 PC와 현장제어반의 PLC에 분산되어 있던 제어 기능을 메인서버로 집중시키고, 원격지에 위치한 하나의 메인서버에서 다수 개의 터널을 통합적이고 체계적으로 관리하는 것을 목적으로 한다.The present invention, created to solve the above problems, centralizes the control functions distributed to the PC of the individual management server of each tunnel and the PLC of the on-site control panel to the main server, and a plurality of tunnels from one main server located at a remote site. It aims to be integrated and systematically managed.
상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명의 구성은 다음과 같다.The configuration of the present invention created to achieve the above object is as follows.
본 발명은 다수 개의 터널로 이루어지는 다중 터널의 통합관리를 수행하는 메인서버(100), 상기 메인서버(100)와 온라인으로 연결되며 다수 개의 터널 각각에 설치되어 각 개별 터널의 관리를 수행하는 개별터널관리서버(200), 상기 개별터널관리서버(200)와 유무선 통신이 가능하도록 연결되어 제어기능을 수행하는 현장제어반(300), 상기 현장제어반(300)의 제어신호에 따라 작동하고 작동 결과를 상기 현장제어반(300)으로 송신하는 현장설비반(400)으로 구성되는 다중 터널 통합 제어 시스템에 관한 것이다.The present invention is a
여기서 메인서버(100)는 다수 개의 터널 각각에 고유번호를 부여하고, 터널의 제원과 연산에 필요한 파라메터를 설정하는 터널별 파라메터 설정부(110); 각각의 터널에 설치되는 각종 설비에 대한 제원과 연산에 필요한 파라메터를 설정하는 터널별 설비 파라메터 설정부(120); 각각의 터널의 환기 및 방재에 요구되는 제어 주기를 설정하는 시간변수 설정부(130); 각각의 터널에 대한 제반 운전변수를 설정하는 운전변수 설정부(140); 차종별 오염물질 배출량의 기준을 설정하는 차량변수 설정부(150); 각각의 터널에 설치된 화재감지설비 또는 온도감지기를 통하여 화재발생과 같은 비상사태가 발생되었는지를 판단하고 비상사태운전공정을 수행하는 비상사태 대응부(160); 비상사태가 발생되지 않은 경우, 환기 제어주기에 해당하는 각각의 터널에 대하여 순차적으로 평상운전공정을 수행하는 환기 운전부(170); 각각의 터널에 설치된 각종 센서에서 수집된 데이터를 이용하여 차종별 오염물질 배출량을 산정하는 오염물질 배출량 산정부(180); 및, 비상사태가 발생되지 않고 환기 제어주기에도 해당되지 않는 경우, 각각의 터널 별로 산출된 차량변수를 이용하여 터널의 소요환기량 산정에 사용되는 속도보정계수 및 구배보정계수를 산출하는 보정계수 산출부(190);를 포함하여 구성된다.Here, the
본 발명의 기술적 구성에 따르면 각 터널의 개별 관리서버의 PC와 현장제어반의 PLC에 분산되어 있던 제어 기능을 메인서버로 집중시킬 수 있고, 원격지에 위치한 하나의 메인서버에서 다수 개의 터널을 통합적이고 체계적으로 관리하는 것이 가능하게 되어, 시스템의 유지관리가 용이하고 비용을 절감할 수 있으며, 추후 관리 기능의 확장이나 변경과 같은 성능 업그레이드도 용이하고 관련 비용을 최소화할 수 있다.According to the technical configuration of the present invention, it is possible to centralize the control functions distributed in the PC of the individual management server of each tunnel and the PLC of the on-site control panel to the main server, and integrate and systematically integrate a plurality of tunnels in one main server located at a remote location The system can be easily managed, the system can be easily maintained, the cost can be reduced, and the performance can be easily upgraded, such as the expansion or change of the management function, and the related cost can be minimized.
이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도1은 다중 터널 통합 제어 시스템의 블록 구성도이고, 도2는 메인서버(100)의 블록 구성도이다.1 is a block diagram of a multi-tunnel integrated control system, and FIG. 2 is a block diagram of a
도1에 도시된 바에 의하면 다중 터널 통합 제어 시스템은 다중 터널의 통합관리를 수행하는 메인서버(100), 메인서버(100)와 온라인으로 연결되며 다수 개의 터널 각각에 설치되어 각 개별 터널의 관리를 수행하는 개별터널관리서버(200), 개별터널관리서버(200)와 유무선 통신이 가능하도록 연결되어 제어기능을 수행하는 현장제어반(300), 및 현장제어반(300)의 제어신호에 따라 작동하고 작동 결과를 상기 현장제어반(300)으로 송신하는 현장설비반(400)으로 구성된다.As shown in FIG. 1, the multi-tunnel integrated control system is connected online with the
메인서버(100)는 개별 터널들을 관리하는 프로그램이 구비되는데, 이러한 메인서버(100)를 기능별로 구분하면 도2에 도시된 바와 같이 터널별 파라메터 설정부(110), 터널별 설비 파라메터 설정부(120), 시간변수 설정부(130), 운전변수 설정부(140), 차량변수 설정부(150), 비상사태 대응부(160), 환기 운전부(170), 오염물질 배출량 산정부(180), 및 보정계수 산출부(190)로 구성된다.The
터널별 파라메터 설정부(110)에서는 다수 개의 터널 각각에 고유번호를 부여하고, 터널의 제원과 연산에 필요한 파라메터를 설정하는 과정이 이루어지는데, 각각의 터널에 대한 터널의 길이, 단면적, 각 구간별 구배, 및 터널 설비의 설치 위치에 대한 파라메터가 입력되고, 연산작업시 데이터로 활용할 수 있도록 저장된다.In the tunnel
터널별 설비 파라메터 설정부(120)에서는 각각의 터널에 설치되는 각종 설비에 대한 제원과 연산에 필요한 파라메터를 설정하는 과정이 이루어지는데, 제트팬, 전기집진기, 또는 축류팬과 같은 구동설비의 수량, 용량, 소요전력, 최소 운전시간에 관한 파라메터와 풍향풍속계, CO센서, VI(가시도)센서, 교통량계수기, 차량속도계와 같은 센서의 설치 위치, 성능 및 제원에 관한 파라메터가 입력되고, 연산작업시 데이터로 활용할 수 있도록 저장된다.Tunnel-specific facility
시간변수 설정부(130)에서는 각각의 터널의 환기 및 방재에 요구되는 제어주기를 설정하는 과정이 이루어지는데, 각각의 터널 별 제어주기, 샘플링타임, 연산주기 및 최소 수동운전 요청시간에 관한 파라메터가 입력되고, 연산작업시 데이터로 활용할 수 있도록 저장된다.In the time
운전변수 설정부(140)에서는 각각의 터널에 대한 제반 운전변수를 설정하는 과정이 이루어지는데, 각각의 터널 별 허용오염농도, 터널 내 제한풍속, 비상시 상황별 터널 내 유지풍속에 관한 파라메터가 입력되고, 연산작업시 데이터로 활용할 수 있도록 저장된다. In the operation
차량변수 설정부(150)에서는 차종별 오염물질 배출량의 기준을 설정하는 과정이 이루어지는데, 초기에 설정된 차종별 오염물질 배출량의 기준은 후술하는 오염물질 배출량 산정부(180)에서 산정된 값에 의하여 갱신된다.In the vehicle
비상사태 대응부(160)는 각각의 터널에 설치된 화재감지설비 또는 온도감지기에서 감지한 신호를 전송받아 이를 근거로 화재발생과 같은 비상사태가 발생되었는지를 판단하고, 필요시 비상사태운전공정을 수행한다.The
비상사태 대응부(160)는 터널에 비상사태가 발생하는 경우 해당 터널의 비상사태가 해지되었는지 여부를 판단하게 된다.The
비상사태가 해지되지 않은 경우 해당 터널이 수동운전 상태인지 여부를 판단하여 수동운전 상태인 경우에는 제어 순서상 다음 번 순위의 터널 제어를 시작하게 된다. If the emergency is not terminated, it is determined whether the tunnel is in the manual operation state, and in the manual operation state, tunnel control of the next priority level is started in the control sequence.
만약 수동운전 상태가 아닌 경우에는 해당 터널의 개별터널관리서버(200)로부터 수동운전 요청이 있는지 여부를 판단하여 수동운전 요청이 있으면 해당 터널에 대한 비상제어권을 개별터널관리서버(200)로 이양한다.If it is not in the manual operation state, it is determined whether there is a manual operation request from the individual
비상제어권이 개별터널관리서버(200)로 이양되면 메인서버(100)의 제어를 벗어나 비상사태가 발생된 해당 터널에서 독자적인 수동제어가 이루어진다.When the emergency control right is transferred to the individual
비상사태가 해지된 경우에는 개별터널관리서버(200)로 이양된 해당 터널에 대한 비상제어권을 다시 환수하고, 제어 순서상 다음 번 순위의 터널에 대한 제어를 시작한다.When the emergency is terminated, the emergency control right for the corresponding tunnel transferred to the individual
만약 수동운전 요청이 없으면 비상사태 경보를 발령하고 최소 수동운전 요청시간이 경과되면 비상사태운전공정을 자동으로 수행한다. 즉, 비상사태가 발생된 해당 터널로부터 수동운전 요청이 없는 상태가 한계시간을 초과하는 경우 메인서버(100)의 비상사태 대응부(160)가 자체적으로 비상사태운전공정을 수행하여 해당 터널에 설치된 제트팬, 전기집진기, 축류팬과 같은 환기설비를 직접 제어한다.If there is no manual operation request, an emergency alarm is issued and the emergency operation process is automatically performed when the minimum manual operation request time has elapsed. That is, when the state where there is no manual operation request from the corresponding tunnel where an emergency has occurred exceeds the limit time, the
환기 운전부(170)는 비상사태가 발생되지 않은 경우 환기 제어주기에 해당하는 각각의 터널에 대하여 순차적으로 평상운전공정을 수행한다.The
오염물질 배출량 산정부(180)는 각각의 터널에 설치된 각종 센서에서 수집된 데이터를 이용하여 차종별 오염물질 배출량을 산정하는데, 도4에 도시된 바와 같이 CO, VI, 내부풍속, 구간 평균차속, 차종별 통과차량대수 및 평균차속에 대한 데이터를 수집하고, CO의 경우 평균오염도[ppm] 단위를 밀도에 의해 질량단위로 변환하고, VI의 경우 터널의 부피를 곱하고 MIRA 계수로 나누고, ARX(Auto Regression with Extra input) 모델을 적용하여 차종별 오염물질 배출량을 산정한다.The pollutant
이러한 차종별 오염물질 배출량을 산정하는 구체적인 방법은 기등록된 등록특허 제10-0377680호(터널 내의 차종별 오염물 배추량 추정 알고리즘 및 이에 기초한 터널 내의 오염도 추정 알고리즘을 이용한 터널 내의 환기량 산정 시스템 및 방법)에 기재된 '차종별 오염물 배출량 추정 알고리즘'을 이용하는 바, 이에 대한 상세한 기재는 생략한다.The specific method for estimating the pollutant emissions by vehicle type is described in the registered Patent No. 10-0377680 (Vehicle Pollution Estimation Algorithm and the Pollution Estimation Algorithm and Tunneling System and Method Based on the Tunnel Contamination Estimation Algorithm Based on the Vehicle Type). Since the pollutant emission estimation algorithm by vehicle type is used, a detailed description thereof will be omitted.
보정계수 산출부(190)는 비상사태가 발생되지 않고 환기 제어주기에도 해당되지 않는 경우, 각각의 터널 별로 산출된 차량변수를 이용하여 터널의 소요환기량 산정에 사용되는 속도보정계수 및 구배보정계수를 산출한다.The correction
속도보정계수와 구배보정계수는 터널 내의 환기설비의 용량설계를 위해 소요환기량을 산출하기 위한 파라메터로 사용되는데, 본 발명은 소요환기량을 산출하기 위하여 국제도로상설회(PIARC)에서 사용하는 식(1)과 식(2)를 기본적으로 사용한다.The speed correction factor and the gradient correction factor are used as parameters for calculating the required ventilation amount for the capacity design of the ventilation equipment in the tunnel, and the present invention uses the equation used in the PIARC to calculate the required ventilation amount (1). ) And Equation (2) are basically used.
(QFCO=CO환기량(Q FCO = CO ventilation amount
qo CO=승용차 1대당 CO배출량q o CO = CO emissions per passenger car
DPC=차선당, km당 승용차 대수DPC = number of cars per lane and km
fi CO=오염물질 CO에 대한 구배보정계수f i CO = gradient correction factor for pollutant CO
fv CO=오염물질 CO에 대한 속도보정계수f v CO = rate correction factor for pollutant CO
fh CO=오염물질 CO에 대한 표고보정계수f h CO = elevation correction factor for pollutant CO
COar=허용 CO농도)CO ar = allowable CO concentration)
(QFSM=매연환기량(Q FSM = Soot ventilation amount
qo SM=승용차 1대당 표준 매연배출량q o SM = Standard soot emissions per passenger car
DPC=차선당, km당 승용차 대수DPC = number of cars per lane and km
fiv SM=오염물질 매연에 대한 속도-구배보정계수f iv SM = Velocity-gradation correction factor for pollutant soot
fh SM=오염물질 매연에 대한 표고보정계수f h SM = Elevation correction factor for pollutant soot
Kar=허용 가시도)K ar = permissible visibility)
즉, 기준차종 차량 1대당 표준 오염물질배출량(qo)을 도출하고(실제 터널에서의 수집된 데이터로부터 도출됨), 상기 기준차종 차량 1대당 표준 오염물질배출량과 교통밀도(DPC), 속도보정계수(fv) 및 구배보정계수(fm)의 관계로서 정의되는 환기량산정식으로 소요환기량(QF)을 산정하는 것이다.That is, the standard pollutant emission amount q o is derived per vehicle of the reference vehicle model (derived from the data collected in the actual tunnel), and the standard pollutant emission amount, traffic density (DPC), and speed correction for each reference vehicle vehicle are derived. The required ventilation amount (Q F ) is calculated by the ventilation amount calculation formula defined as the relationship between the coefficient (f v ) and the gradient correction coefficient (f m ).
또한, 본 발명에서는 다음과 같이 보정계수를 정량화된 수치방정식으로 표현하고, 나아가 식(1)과 식(2)를 터널 실정에 맞게 단순화하여 보다 정확한 환기량이 산정될 수 있도록 한다.In addition, in the present invention, the correction coefficient is expressed as a quantified numerical equation as follows, and further, by simplifying equations (1) and (2) according to the tunnel situation, more accurate ventilation amount can be calculated.
1.소요환기량 1. Required ventilation 산정식의Formula 단순화 leveling
국내 터널을 비롯 대부분의 터널들이 표고차에 의한 기압변화보다는 터널이 위치한 지역의 기후에 따른 기압변화에 의한 영향을 많이 받으므로 본 발명에서는 그 값을 '1'로 보고(미국의 경우에도 1220m 이하는 모두 fh=1 을 사용함), 나아가 매연환기량 산정에 있어서도 속도-구배보정계수의 값이 부정확한 경우가 많아 이를 속도보정계수와 구배 보정계수의 곱으로 표현한다. 이에 따라 앞서의 식(1)과 식(2)를 다시 표현하면 하기의 식(3)과 식(4)와 같다.Since most tunnels, including domestic tunnels, are affected by air pressure changes due to the climate of the tunnel region rather than by air pressure changes, the present invention reports the value as '1' (in the case of the United States, 1212m or less All use f h = 1), and the velocity-gradation correction factor is often inaccurate when calculating soot ventilation, and this is expressed as the product of the speed correction factor and the gradient correction factor. Accordingly, the expressions (1) and (2) of the foregoing are again represented by the following equations (3) and (4).
여기서, QFCO=CO환기량, qo CO=기준차종 차량의 표준 CO배출량, DPCo CO=교통밀도(CO배출량에 대한 차종별 환산계수 적용), fm CO=오염물질 CO에 대한 구배보정계수, fv CO=오염물질 CO에 대한 속도보정계수, COar=허용 CO농도이다.Where: Q FCO = CO ventilation, q o CO = standard CO emissions of the standard vehicle, DPC o CO = traffic density (conversion factors applied to the vehicle for CO emissions), f m CO = gradient correction factor for pollutant CO, f v CO = rate correction factor for pollutant CO, CO ar = allowable CO concentration.
여기서, QFSM=매연환기량, qo SM=기준차종 차량의 표준 매연배출량, DPCo SM=교통밀도(매연배출량에 대한 차종별 환산계수 적용), fm SM=오염물질 매연에 대한 구배보정계수, fv SM=오염물질 매연에 대한 속도보정계수, Kar=허용 가시도이다.Where: Q FSM = soot ventilation, q o SM = standard soot emissions of the standard vehicle, DPC o SM = traffic density (conversion factor applied to the soot emissions), f m SM = gradient correction factor for pollutant soot, f v SM = rate correction factor for pollutant fumes, K ar = permissible visibility.
상기의 식(3)과 식(4)에 의해 CO환기량(QFCO)과 매연환기량(QFSM)이 산출되며, 최종 소요환기량은 이 두 값 중에서 큰 값으로 선택되어 환기제어에 이용된다.Equations (3) and (4) above calculate the CO ventilation amount (Q FCO ) and the soot ventilation amount (Q FSM ), and the final required ventilation amount is selected among the two values and used for ventilation control.
2. 교통밀도 도출2. Derivation of traffic density
터널 내를 통과하는 차량은 다양한 차종의 차량으로 구분 가능하며, 다양한 차종에서 배출되는 오염물질은 오염물질의 종류에 따라 다른 차이를 나타낼 수 있다. 이에, 본 발명에서는 차종별로 오염물질 환산계수를 구하여 이를 교통밀도 도출에 반영하고 있다. 실제 터널의 운영자료로부터 얻어진 오염물질배출량 자료를 바탕으로 하여 오염물질의 종류에 따른 교통밀도를 정확하게 도출하는 것이다.Vehicles passing through the tunnel can be classified into various vehicle types, and pollutants emitted from various vehicle types may show different differences depending on the types of pollutants. Accordingly, in the present invention, the pollutant conversion coefficient is obtained for each vehicle model and reflected in the traffic density derivation. Based on the pollutant emission data obtained from the actual tunnel operation data, the traffic density according to the pollutant type is accurately derived.
임의의 터널 A의 구간 A-n의 구배가 '0'일 경우 그 구간을 표준구간이라 하고, v속도로 표준구간을 통과하는 차종별 오염물질배출량의 추정값과 표준속도(터널에서 환기량 산정을 위해 기준으로 하는 차량의 통과속도)에서의 차종별 오염물질 배출량의 추정값은 하기 표와 같이 정의한다.If the slope of the section An of any tunnel A is '0', the section is called the standard section, and the estimated value of the pollutant emissions by vehicle type passing through the standard section at v speed and the standard speed (which is based on The estimated value of pollutant emissions by vehicle type in the vehicle's passing speed is defined as shown in the following table.
위의 값을 이용하여 오염물질에 따른 기준차종 차량에 대한 차종별 환산계 수(fcar)는 다음과 같다. 만약 소형승용을 기준차종으로 한다면 qo = qso 가 될 것이다. 특히, qo는 오염물질배출량을 의미하므로 오염물질 종류에 따라 차종별 오염물질 환산계수는 각각 도출된다. 즉 CO환기량을 산출하는 경우에는 CO배출량으로부터 CO에 대한 차종별 환산계수를 도출하고, 매연환기량을 산출하는 경우에는 매연배출량으로부터 매연에 대한 차종별 환산계수를 도출하는 것이다.Using the above values, the conversion factor (f car ) for each vehicle model based on the pollutant is as follows. If small passenger car is the standard model, q o = q so Will be. In particular, q o means pollutant emissions, so the pollutant conversion factor for each vehicle is derived according to the pollutant type. That is, when calculating the CO ventilation amount, a conversion coefficient for each vehicle model is derived from CO emissions, and when calculating the exhaust ventilation amount, a conversion factor for each vehicle model is calculated from the exhaust emissions.
소형 오염물질 환산계수: Small Pollutant Conversion Factors:
중소형 오염물질 환산계수: Small and Medium Pollutant Conversion Factors:
중형 오염물질 환산계수: Medium Pollutant Conversion Factors:
대형 오염물질 환산계수: Large Pollutant Conversion Factors:
특대형 오염물질 환산계수: Extra Large Contaminant Conversion Factors:
위와 같은 도출된 차종별 오염물질 환산계수는 하기 식(10)과 같이 적용됨으로써 최종 차종별 오염물질 환산계수가 적용된 교통밀도(DPCo)가 도출된다.The derived pollutant conversion factor for each vehicle model is applied as shown in Equation (10) below to derive a traffic density (DPC o ) to which the pollutant conversion factor for each vehicle model is applied.
여기서, DPCF=표준구간에 대하여 기준차종의 차량으로 환산한 교통밀도(종래 DPC값), qo=기준차종 차량의 표준 오염물질배출량, qxo= 차종별(x=s(소형), ms(중소형), m(중형), L(대형), sL(특대형), 등) 차량의 표준 오염물질배출량이다.Where DPC F = traffic density (conventional DPC value) converted to the standard vehicle for the standard section, q o = standard pollutant emissions from the standard vehicle, q xo = vehicle type (x = s (small), ms ( Small and medium), m (medium), L (large), sL (extra large), etc. Standard emissions of vehicles.
3. 속도보정계수 도출3. Derivation of speed correction coefficient
터널은 통과차량의 밀도가 높아 속도가 저하되고 이로 인해 단위시간당 단위길이에서 오염물질의 배출량이 증가한 경우 환기가 필요하기 때문에 차량의 진행속도가 느린 저속에서 환기기의 작동이 요구된다. 따라서, 저속구간을 0~5 km/h, 5~10 km/h, 10~20km/h, 20~40 km/h 및 40km/h 이상 등 임의의 개수로 나누기로 한다. 이를 바탕으로 표준구간을 임의의 속도 vkm /h로 통과하는 기준차종 차량의 오염물질배출량을 q v 라 하면 오염물질배출량 qv와 통과속도 v의 관계를 하기의 식(11)의 1차식으로 가정할 수 있으며, 식(11)은 식(12)로 다시 쓸 수 있다.The tunnel is slowed down due to the high density of traffic passing through the tunnel. Therefore, ventilation is required when the emission of pollutants increases at the unit length per unit time. Therefore, the operation of the ventilator is required at a low speed. Therefore, the low speed section is divided into any number such as 0 to 5 km / h, 5 to 10 km / h, 10 to 20 km / h, 20 to 40 km / h, and 40 km / h or more. Based on this, if the quantity of pollutant emissions of the reference vehicle passing through the standard section at an arbitrary speed of vkm / h is q v , the relationship between the amount of pollutant emissions q v and the passing speed v is assumed as the first equation in Equation (11) below. Equation (11) can be rewritten as Equation (12).
위 식(12)에 많이 축적된 표준구간의 속도별 차종별 오염물질 배출량 추정 데이터를 적용하면 다음과 같이 식(10)의 계수 a와 b를 각각 구할 수 있다. a와 b는 도 4에서와 같이 최저자승법(least Square Method)에 의해 쉽게 구할 수 있다.Applying the pollutant emissions estimation data for each vehicle type by the speed of the standard section accumulated in Equation (12), the coefficients a and b of Equation (10) can be obtained as follows. a and b can be easily obtained by the least square method as shown in FIG. 4.
여기서, q o =기준차종 차량의 표준 오염물질배출량(표준구간을 환기량 산정의 기준이 되는 표준속도로 통과하는 기준차종 차량의 오염물질배출량), vi= 표준구간에서의 기준차종 차량의 통과속도, =표준구간에서의 기준차종 차량의 평균속도, (qv)i= vi속도로 통과하는 기준차종 차량으로부터 배출된 오염물질배출량, = vi속도로 통과하는 기준차종 차량으로부터 배출된 오염물질배출량 평균이다.Where q o = the standard pollutant emissions of the reference vehicle (the pollutant emissions of the reference vehicle passing through the standard section at the standard speed used as the basis for calculating the ventilation volume) , v i = the passing speed of the reference vehicle in the standard section , = Average speed of the vehicle based on the vehicle in the normal range, (q v) i = v i of pollutants discharged from the vehicle reference model, which was passed through at a rate, = average of pollutant emissions from a reference vehicle passing at speed vi.
결국, 속도보정계수( f v )는 하기의 식(15)와 같이 구할 수 있다.After all, the speed correction factor (f v) can be derived as equation (15) below.
4. 4. 구배보정계수Gradient Correction Factor 도출 deduction
구배보정계수는 속도보정계수와 마찬가지 방법으로 도출할 수 있다. 즉, 표준속도 v o 로 통과하는 기준차종 차량이 구배가 m 1 ≤m<m 2 인 터널 구간을 지날 때 배 출되는 오염물질량을 q m 이라 하면 앞서와 마찬가지 방법으로 구배보정계수(fm)를 하기의 식(16) 내지 식(19)와 같이 구할 수 있는 것이다.The gradient correction coefficient can be derived in the same way as the speed correction coefficient. That is, if the reference vehicle passing at the standard speed v o passes through the tunnel section whose slope is m 1 ≤m <m 2 , the quantity of pollutants emitted is q m , and the gradient correction coefficient (f m ) is similar to the above method. It can be obtained as in the following formula (16) to (19).
여기서, q o =기준차종 차량의 표준 오염물질배출량, mi= 표준구간 도로의 구배, =표준구간 도로의 평균구배, (qm)i= mi구배구간을 통과하는 기준차종 차량으로부터 배출된 오염물질배출량, = mi구배구간을 통과하는 기준차종 차량으로부터 배출된 오염물질배출량 평균이다.Where q o = standard pollutant emissions from the reference vehicle , m i = slope of the standard section road, = Average slope of the standard section road, (q m ) i = m i emissions of pollutant emissions from the reference vehicle passing through the gradient section, = m i Average of pollutant emissions from a reference vehicle passing through the gradient section.
도3은 메인서버(100)에서 이루어지는 전체적인 제어 알고리즘의 순서도인데, 본 발명에 따른 제어방법은 다음과 같은 과정으로 이루어진다.3 is a flow chart of the overall control algorithm made in the
(1) 제1단계(1) First step
다수 개의 터널 각각에 대한 터널의 제원과 연산에 필요한 파라메터를 입력하여 설정하는 단계인데, 각각의 터널에 대한 터널의 길이, 단면적, 각 구간별 구배, 및 터널 설비의 설치 위치에 대한 파라메터가 입력되어 저장된다.Entering and setting the parameters of the tunnel for each of the plurality of tunnels and the parameters necessary for the calculation, parameters for the length of the tunnel, the cross-sectional area, the gradient for each section, and the installation location of the tunnel equipment are inputted. Stored.
(2) 제2단계(2) second stage
각각의 터널에 설치되는 각종 설비에 대한 제원과 연산에 필요한 파라메터를 입력하여 설정하는 단계인데, 제트팬, 전기집진기, 또는 축류팬과 같은 구동설비의 수량, 용량, 소요전력, 최소 운전시간에 관한 파라메터와 풍향풍속계, CO센서, VI(가시도)센서, 교통량계수기, 차량속도계와 같은 센서의 설치 위치, 성능 및 제원에 관한 파라메터가 입력되어 저장된다.It is a step of inputting and setting parameters and calculation parameters for various equipments installed in each tunnel.It is related to the quantity, capacity, power consumption and minimum operation time of driving equipments such as jet fan, electrostatic precipitator or axial fan. Parameters and parameters related to the installation location, performance and specifications of sensors such as wind vane, CO sensor, VI (visibility) sensor, traffic counter and vehicle speedometer are entered and stored.
(3) 제3단계(3) Third step
각각의 터널의 환기 및 방재에 요구되는 제어주기를 설정하는 단계인데, 각각의 터널 별 제어주기, 샘플링타임, 연산주기 및 최소 수동운전 요청시간에 관한 파라메터가 입력되어 저장된다.In this step, the control cycle required for ventilation and disaster prevention of each tunnel is set. Parameters related to the control cycle, sampling time, operation cycle, and minimum manual operation request time for each tunnel are input and stored.
(4) 제4단계(4) 4th step
각각의 터널 별 허용오염농도, 터널 내 제한풍속, 비상시 상황별 터널 내 유지풍속에 관한 파라메터가 입력되어 저장된다. Parameters related to the allowable pollution concentration for each tunnel, the limited wind speed in the tunnel, and the maintenance wind speed in the tunnel in case of emergency are inputted and stored.
(5) 제5단계(5) 5th step
차종별 오염물질 배출량의 기준을 입력하여 저장한다. Input and save the standard of pollutant emission by vehicle type.
(6) 제6단계(6) Sixth Step
각각의 터널에 설치된 화재감지설비 또는 온도감지기를 통하여 화재발생과 같은 비상사태가 발생되었는지를 판단하고 대응하는 단계이다.It is a step of determining and responding to an emergency such as a fire occurrence through fire detection facilities or temperature sensors installed in each tunnel.
터널에 대한 순차적 제어 과정에서 비상사태가 발생하는 경우 해당 터널의 비상사태가 해지되었는지 여부를 판단한다. If an emergency occurs during the sequential control of the tunnel, it is determined whether the emergency of the tunnel has been terminated.
비상사태가 해지되지 않은 경우 해당 터널이 수동운전 상태인지 여부를 판단하여 수동운전 상태인 경우에는 제어 순서상 다음 순위 터널의 제어를 시작한다.If the emergency is not terminated, it is determined whether the tunnel is in the manual operation state, and in the manual operation state, the control of the next priority tunnel is started in the control sequence.
수동운전 상태가 아닌 경우에는 해당 터널의 개별터널관리서버(200)로부터 수동운전 요청이 있는지 여부를 판단하여 수동운전 요청이 있으면 해당 터널에 대한 비상제어권을 개별터널관리서버(200)로 이양한다.If it is not in the manual operation state, it is determined whether there is a manual operation request from the individual
수동운전 요청이 없으면 비상사태 경보를 발령하고 최소 수동운전 요청시간이 경과되면 비상사태운전공정을 자동으로 수행한다.If there is no manual operation request, an emergency alarm is issued and the emergency operation process is automatically performed when the minimum manual operation request time has elapsed.
비상사태가 해지된 경우에는 개별터널관리서버(200)로 이양된 해당 터널에 대한 비상제어권을 환수하고, 제어 순서상 다음 순위 터널에 대한 제어를 시작한다.When the emergency is terminated, the emergency control right for the corresponding tunnel transferred to the individual
(7) 제7단계(7) 7th step
비상사태가 발생되지 않은 경우, 환기 제어주기에 해당하는 각각의 터널에 대하여 순차적으로 평상운전공정을 수행하는 단계이다.In case an emergency does not occur, the normal operation process is sequentially performed for each tunnel corresponding to the ventilation control cycle.
(8) 제8단계(8) 8th step
각각의 터널에 설치된 각종 센서에서 수집된 데이터를 이용하여 차종별 오염물질 배출량을 산정하는 단계이다.It is a step of calculating pollutant emissions by vehicle type using data collected from various sensors installed in each tunnel.
도4에 도시된 바와 같이 CO, VI, 내부풍속, 구간 평균차속, 차종별 통과차량대수 및 평균차속에 대한 데이터를 수집하고, CO의 경우 평균오염도[ppm] 단위를 밀도에 의해 질량단위로 변환하고, VI의 경우 터널의 부피를 곱하고 MIRA 계수로 나누고, ARX(Auto Regression with Extra input) 모델을 적용하여 차종별 오염물질 배출량을 산정하는데, 기등록된 등록특허 제10-0377680호(터널 내의 차종별 오염물 배추량 추정 알고리즘 및 이에 기초한 터널 내의 오염도 추정 알고리즘을 이용한 터널 내의 환기량 산정 시스템 및 방법)에 기재된 '차종별 오염물 배출량 추정 알고리즘'을 이용한다.As shown in FIG. 4, data on CO, VI, internal wind speed, section average vehicle speed, number of vehicles passed by vehicle type, and average vehicle speed are collected, and in case of CO, the average pollution degree [ppm] is converted into mass units by density. In the case of VI, the volume of the tunnel is multiplied and divided by the MIRA coefficient and the ARX (Auto Regression with Extra input) model is used to calculate the pollutant emission by vehicle type, and registered patent No. 10-0377680 (contamination cabbage by vehicle type in the tunnel). And a pollutant emission estimation algorithm for each vehicle type described in the system for evaluating the ventilation amount in the tunnel using the amount estimation algorithm and the pollution degree estimation algorithm in the tunnel based thereon.
(9) 제9단계(9) 9th step
비상사태가 발생되지 않고 환기 제어주기에도 해당되지 않는 경우, 각각의 터널 별로 산출된 차량변수를 이용하여 터널의 소요환기량 산정에 사용되는 속도보정계수 및 구배보정계수를 산출하는 단계이다.If an emergency does not occur and it does not correspond to the ventilation control cycle, it is a step of calculating a speed correction factor and a gradient correction factor used to calculate a required ventilation amount of the tunnel by using vehicle variables calculated for each tunnel.
구배가 0인 표준구간을 임의의 속도로 통과하는 기준차종 차량의 오염물질 배출량을 구배가 0인 표준구간을 환기량 산정의 기준이 되는 표준속도로 통과하는 기준차종 차량의 오염물질배출량(기준차종 차량의 표준 오염물질배출량)으로 나누어 속도보정계수를 구하고, 구배가 0이 아닌 터널구간을 환기량 산정의 기준이 되는 표준속도로 통과하는 기준차종 차량의 오염물질배출량을 구배가 0인 표준구간을 환기량 산정의 기준이 되는 표준속도로 통과하는 기준차종 차량의 오염물질배출량 (기준차종 차량의 표준 오염물질배출량)으로 나누어 구배보정계수를 구하는데, 구해진 속도보정계수와 구배보정계수는 터널 내의 환기설비의 용량설계를 위해 소요환기량을 산출하기 위한 파라메터로 사용된다.Pollutant emissions of the reference vehicle passing the standard section with zero gradient at any speed and the standard vehicle passing the standard section with zero gradient at the standard speed, which is the standard for the calculation of ventilation volume (reference vehicle) Calculate the speed correction coefficient by dividing the standard pollutant discharge volume by the standard pollutant discharge rate, and calculate the standard volume section with the zero pollutant emission rate of the standard vehicle that passes through the tunnel section where the gradient is not zero The gradient correction factor is obtained by dividing the pollutant emissions of the reference vehicle passing through the standard speed, which is the standard of the standard vehicle, (the standard pollutant emissions of the reference vehicle). It is used as a parameter to calculate the required ventilation amount for the design.
상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 참조하여 그 기술적 사상을 설명하였으나 본 발명의 보호범위가 반드시 이러한 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양한 설계변경, 공지기술의 부가나 삭제, 단순한 수치한정 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.Although the technical idea has been described with reference to specific embodiments of the present invention as described above, the scope of protection of the present invention is not necessarily limited to these embodiments, and various design modifications may be made without changing the technical spirit of the present invention. In the case of addition or deletion of known technology, simple numerical limitations, etc., the scope of the present invention is clearly clarified.
도1은 다중 터널 통합 제어 시스템의 블록 구성도이다.1 is a block diagram of a multi-tunnel integrated control system.
도2는 메인서버(100)의 블록 구성도이다.2 is a block diagram of the
도3은 메인서버(100)에서 이루어지는 전체적인 제어 알고리즘의 순서도이다.3 is a flowchart of an overall control algorithm performed in the
도4는 오염물질 배출량 산정 알고리즘의 순서도이다.4 is a flowchart of a pollutant emission estimation algorithm.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100:메인서버(Main Server)100: main server
200:개별터널관리서버200: individual tunnel management server
300:현장제어반300: field control panel
400:현장설비반400: field equipment group
110:터널별 파라메터 설정부110: Tunnel parameter setting unit
120:터널별 설비 파라메터 설정부120: facility parameter setting unit for each tunnel
130:시간변수 설정부130: time variable setting unit
140:운전변수 설정부140: operation variable setting unit
150:차량변수 설정부150: vehicle variable setting unit
160:비상사태 대응부160: emergency response department
170:환기 운전부170: Ventilation driving part
180:오염물질 배출량 산정부180: Pollutant discharge calculation
190:보정계수 산출부190: correction coefficient calculation unit
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